JP2013245655A - Variable nozzle unit and variable displacement type supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変容量型過給機におけるタービンインペラ側へ供給される排気ガスの流路面積(流量)を可変とする可変ノズルユニット等に関する。 The present invention relates to a variable nozzle unit or the like that can change the flow area (flow rate) of exhaust gas supplied to a turbine impeller side in a variable displacement supercharger.
近年、可変容量型過給機のタービンハウジング内におけるタービンスクロール流路とガス排出口との間にタービンインペラを囲むように配設される可変ノズルユニットについて種々の開発がなされており、本願の出願人も既に可変ノズルユニットについて開発して出願している(特許文献1等参照)。そして、その先行技術に係る可変ノズルユニットの具体的な構成は、次のようになる。 In recent years, various developments have been made on variable nozzle units disposed so as to surround a turbine impeller between a turbine scroll passage and a gas discharge port in a turbine housing of a variable capacity turbocharger. A person has already developed and applied for a variable nozzle unit (see Patent Document 1, etc.). The specific configuration of the variable nozzle unit according to the prior art is as follows.
タービンハウジング内には、ノズルリングが配設されており、このノズルリングには、複数の第1支持穴が円周方向に等間隔に貫通形成されている。また、ノズルリングに対してタービンインペラの軸方向に離隔対向した位置には、タービンインペラにおける複数のタービンブレードの外縁を覆うシュラウドリングがノズルリングと一体的に設けられており、このシュラウドリングには、複数の第2支持穴がノズルリングの複数の第1支持穴に整合するように円周方向に等間隔に貫通形成されている。 A nozzle ring is disposed in the turbine housing, and a plurality of first support holes are formed through the nozzle ring at equal intervals in the circumferential direction. A shroud ring that covers the outer edges of a plurality of turbine blades in the turbine impeller is provided integrally with the nozzle ring at a position facing the nozzle ring in the axial direction of the turbine impeller. The plurality of second support holes are formed at equal intervals in the circumferential direction so as to align with the plurality of first support holes of the nozzle ring.
ノズルリングの対向面とシュラウドリングの対向面との間には、複数の可変ノズルが円周方向に等間隔に配設されており、各可変ノズルは、タービンインペラの軸心に平行な軸心回りに正逆方向(開閉方向)へ回動可能である。また、各可変ノズルの前記軸方向一方側の側面には、ノズルリングの対応する第1支持穴に貫通支持される第1ノズル軸が一体形成されており、各可変ノズルの前記軸方向他方側の側面には、シュラウドリングの対応する第2支持穴に支持される第2ノズル軸が第1ノズル軸と同軸状に一体形成されている。そして、ノズルリングの対向面の反対面側には、複数の前記可変ノズルを同期して正逆方向へ回動させるためのリンク機構が配設されており、リンク機構は、複数の可変ノズルの第1ノズル軸に連動連結してある。ここで、複数の可変ノズルを正方向(開方向)へ同期して回動させると、タービンインペラ側へ供給される排気ガスの流路面積が大きくなると共に、複数の可変ノズルを逆方向(閉方向)へ同期して回動させると、前記排気ガスの流路面積が小さくなるようになっている。 Between the opposed surface of the nozzle ring and the opposed surface of the shroud ring, a plurality of variable nozzles are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and each variable nozzle has an axis parallel to the axis of the turbine impeller. It can be rotated in the forward / reverse direction (open / close direction). In addition, a first nozzle shaft that is penetrated and supported by a corresponding first support hole of the nozzle ring is integrally formed on the side surface of each variable nozzle on the one axial side, and the other axial side of each variable nozzle is formed on the other side. A second nozzle shaft supported by a corresponding second support hole of the shroud ring is integrally formed on the side surface of the shroud ring coaxially with the first nozzle shaft. A link mechanism for synchronously rotating the variable nozzles in the forward and reverse directions is disposed on the opposite surface side of the opposed surface of the nozzle ring. The link mechanism includes a plurality of variable nozzles. The first nozzle shaft is linked to the first nozzle shaft. Here, if the plurality of variable nozzles are rotated synchronously in the forward direction (opening direction), the flow area of the exhaust gas supplied to the turbine impeller side increases, and the plurality of variable nozzles are reversed (closed). When the exhaust gas is rotated in synchronization with the direction, the flow area of the exhaust gas is reduced.
ノズルリングの対向面の反対面側は、タービンスクロール流路に連通してある。また、シュラウドリングの外縁部とタービンハウジングとの間には、タービンスクロール流路とシュラウドリングの対向面の反対面側を気密にシールする環状のシールカバーが設けられてあって、シュラウドリングの対向面の反対面側は、タービンインペラの出口側に連通してある。 The opposite surface side of the facing surface of the nozzle ring communicates with the turbine scroll flow path. In addition, an annular seal cover is provided between the outer edge of the shroud ring and the turbine housing to hermetically seal the opposite side of the opposed surface of the turbine scroll flow path and the shroud ring. The opposite side of the surface communicates with the outlet side of the turbine impeller.
従って、ノズルリングの対向面の反対面側がタービンスクロール流路に連通し、シュラウドリングの対向面の反対面側がタービンインペラの出口側に連通してあるため、可変容量型過給機の運転中、各可変ノズルにおける第2ノズル軸の端面に働く圧力を第1ノズル軸の端面に働く圧力よりも十分に小さくして、各可変ノズルをその圧力差によってシュラウドリングの対向面側に寄せて、各可変ノズルの前記軸方向他方側の側面とシュラウドリングの対向面と間のサイドクリアランスを極力小さくすることができる。これにより、各可変ノズルの前記軸方向他方側の側面とシュラウドリングの対向面との間からの漏れ流れを抑えて、タービンブレードのチップ側部分(ミッドスパン側からチップ側にかけての部分)に沿う排気ガスの流れを安定させて、タービン効率の向上を図ることができる。 Therefore, since the opposite surface side of the opposed surface of the nozzle ring communicates with the turbine scroll flow path, and the opposite surface side of the opposed surface of the shroud ring communicates with the outlet side of the turbine impeller, during operation of the variable displacement supercharger, The pressure acting on the end surface of the second nozzle shaft in each variable nozzle is made sufficiently smaller than the pressure acting on the end surface of the first nozzle shaft, and each variable nozzle is brought closer to the facing surface side of the shroud ring by the pressure difference, The side clearance between the side surface on the other axial side of the variable nozzle and the facing surface of the shroud ring can be minimized. This suppresses leakage flow from the side surface on the other axial side of each variable nozzle and the facing surface of the shroud ring, and follows the tip side portion (the portion from the midspan side to the tip side) of the turbine blade. Turbine efficiency can be improved by stabilizing the flow of exhaust gas.
ところで、先行技術に係る可変ノズルユニットにあっては、前述のように、各可変ノズルの前記軸方向他方側の側面とシュラウドリングの対向面との間からの漏れ流れを抑えて、可変容量型過給機のタービン効率の向上を図ることができるものの、可変容量型過給機の運転中に、排気ガスがシュラウドリングの複数の第2支持穴の空間内に流入し、シュラウドリングの対向面の反対面側を経由してタービンインペラの出口側に流出することがある。そのため、タービンインペラの仕事量が減少して、可変容量型過給機のタービン効率を高いレベルまで向上させることが困難であるという問題がある。 By the way, in the variable nozzle unit according to the prior art, as described above, it is possible to suppress the leakage flow from between the side surface on the other axial side of each variable nozzle and the facing surface of the shroud ring. Although the turbine efficiency of the turbocharger can be improved, the exhaust gas flows into the spaces of the plurality of second support holes of the shroud ring during the operation of the variable displacement turbocharger, and the opposite surface of the shroud ring May flow out to the outlet side of the turbine impeller via the opposite surface side. Therefore, there is a problem that it is difficult to improve the turbine efficiency of the variable capacity supercharger to a high level because the work amount of the turbine impeller is reduced.
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の可変ノズルユニット等を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a variable nozzle unit having a novel configuration that can solve the above-described problems.
本発明の第1の特徴は、可変容量型過給機のタービンハウジング内におけるタービンスクロール流路とガス排出口との間にタービンインペラを囲むように配設され、前記タービンインペラ側へ供給される排気ガスの流路面積(流量)を可変とする可変ノズルユニットにおいて、前記タービンハウジング内に配設され、複数の第1支持穴が円周方向に等間隔に貫通形成されたノズルリングと、前記ノズルリングに対して前記タービンインペラの軸方向に離隔対向した位置に前記ノズルリングと一体的に設けられ、複数の第2支持穴が前記ノズルリングの複数の前記第1支持穴に整合するように円周方向に等間隔に貫通形成され、前記タービンインペラにおける複数のタービンブレードの外縁を覆うシュラウドリングと、前記ノズルリングの対向面と前記シュラウドリングの対向面との間に円周方向に等間隔に配設され、前記タービンインペラの軸心に平行な軸心回りに正逆方向へ回動可能であって、前記軸方向一方側の側面に前記ノズルリングの対応する前記第1支持穴に貫通支持される第1ノズル軸が一体形成され、前記軸方向他方側の側面に前記シュラウドリングの対応する前記第2支持穴に支持される第2ノズル軸が前記第1ノズル軸と同軸状に一体形成された複数の可変ノズルと、前記ノズルリングの対向面の反対面側に配設され、複数の前記可変ノズルの前記第1ノズル軸に連動連結してあって、複数の前記可変ノズルを同期して正逆方向へ回動させるためのリンク機構(同期機構)と、を具備し、前記ノズルリングの対向面の反対面側が前記タービンスクロール流路に連通してあって、前記シュラウドリングの対向面の反対面に環状の蓋部材が複数の前記第2支持穴の開口部を塞ぐように設けられ、前記シュラウドリングに複数の前記第2支持穴の空間から排気ガスを抽気するための抽気通路が形成され、前記抽気通路の出口端(終端)が 前記可変ノズルの前記第2ノズル軸の軸心(前記第1ノズル軸の軸心)よりも下流側でかつ前記タービンインペラの出口よりも上流側に連通していることを要旨とする。 According to a first aspect of the present invention, a turbine impeller is disposed between a turbine scroll passage and a gas discharge port in a turbine housing of a variable displacement turbocharger, and is supplied to the turbine impeller side. In a variable nozzle unit having a variable flow area (flow rate) of exhaust gas, a nozzle ring disposed in the turbine housing and having a plurality of first support holes formed at equal intervals in the circumferential direction; Provided integrally with the nozzle ring at a position opposed to the nozzle ring in the axial direction of the turbine impeller so that the plurality of second support holes align with the plurality of first support holes of the nozzle ring. A shroud ring formed at equal intervals in the circumferential direction and covering the outer edges of a plurality of turbine blades in the turbine impeller, and the nozzle ring facing each other Between the opposite surfaces of the shroud ring and circumferentially spaced from each other, and can be rotated in the forward and reverse directions around an axis parallel to the axis of the turbine impeller. A first nozzle shaft that is penetrated and supported by the corresponding first support hole of the nozzle ring is integrally formed on the side surface of the nozzle ring, and is supported by the corresponding second support hole of the shroud ring on the other side surface in the axial direction. A plurality of variable nozzles in which the second nozzle shaft is integrally formed coaxially with the first nozzle shaft, and the first surface of the plurality of variable nozzles. A link mechanism (synchronization mechanism) that is linked to a nozzle shaft and rotates the plurality of variable nozzles in the forward and reverse directions in synchronism with each other. Connected to the turbine scroll passage Therefore, an annular lid member is provided on the opposite surface of the shroud ring so as to close the openings of the plurality of second support holes, and the space of the plurality of second support holes is formed in the shroud ring. A bleed passage for bleeding exhaust gas from is formed, and an outlet end (termination) of the bleed passage is downstream of an axis of the second nozzle shaft of the variable nozzle (axis of the first nozzle shaft) And it makes it a summary to communicate with the upstream rather than the exit of the said turbine impeller.
なお、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「配設され」とは、直接的に配設されたことの他に、別部材を介して間接的に配設されたことを含む意であって、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。また、「上流」とは、排気ガスの主流の流れ方向から見て上流のことをいい、「下流」とは、排気ガスの主流の流れ方向から見て下流のことをいう。更に、「前記可変ノズルの前記第2ノズル軸の軸心よりも下流側でかつ前記タービンインペラの出口よりも上流側に連通している」とは、前記タービンインペラの入口側に連通していること、及び前記タービンインペラの入口よりも下流側でかつ前記タービンインペラの出口よりも上流側に連通していることを含む意である。 In the specification and claims of the present application, “arranged” means not only directly disposed but also indirectly disposed through another member. In addition, the term “provided” means that it is indirectly provided through another member in addition to being directly provided. Further, “upstream” means upstream when viewed from the flow direction of the main flow of exhaust gas, and “downstream” means downstream when viewed from the flow direction of the main flow of exhaust gas. Further, “communicating to the downstream side of the axis of the second nozzle shaft of the variable nozzle and upstream of the outlet of the turbine impeller” is communicated to the inlet side of the turbine impeller. And communicating with the downstream side of the inlet of the turbine impeller and the upstream side of the outlet of the turbine impeller.
第1の特徴によると、エンジン回転数が高回転域にあって、排気ガスの流量が多い場合には、複数の前記可変ノズルを正方向(開方向)へ同期して回動させることにより、前記タービンインペラ側へ供給される排気ガスのガス流路面積を大きくして、多くの排気ガスを供給する。一方、エンジン回転数が低回転域にあって、排気ガスの流量が少ない場合には、複数の前記可変ノズルを逆方向(閉方向)へ同期して回動させることにより、前記タービンインペラ側へ供給される排気ガスのガス流路面積を小さくして、排気ガスの流速を高める。これにより、排気ガスの流量の多少に関係なく、前記タービンインペラによって回転力を十分かつ安定的に発生させることができる。 According to the first feature, when the engine speed is in a high engine speed range and the exhaust gas flow rate is large, by rotating the plurality of variable nozzles synchronously in the positive direction (opening direction), A large amount of exhaust gas is supplied by increasing the gas passage area of the exhaust gas supplied to the turbine impeller side. On the other hand, when the engine speed is in the low speed range and the flow rate of the exhaust gas is small, the plurality of variable nozzles are rotated in the reverse direction (closed direction) in synchronism with the turbine impeller side. The gas flow passage area of the supplied exhaust gas is reduced, and the flow rate of the exhaust gas is increased. Accordingly, the rotational force can be generated sufficiently and stably by the turbine impeller regardless of the flow rate of the exhaust gas.
ここで、前記ノズルリングの対向面の反対面側が前記タービンスクロール流路に連通してあって、前記抽気通路の出口端が前記可変ノズルの前記第2ノズル軸の軸心よりも下流側に連通しているため、前記可変容量型過給機の運転中、各可変ノズルにおける前記第2ノズル軸の端面に働く圧力を前記第1ノズル軸の端面に働く圧力よりも十分に小さくして、各可変ノズルをその圧力差によってシュラウドリングの対向面側に寄せて、各可変ノズルの前記軸方向他方側の側面とシュラウドリングの対向面と間のサイドクリアランスを極力小さくすることができる。これにより、各可変ノズルの前記軸方向他方側の側面と前記シュラウドリングの対向面との間からの漏れ流れを抑えて、前記タービンブレードのチップ側部分(ミッドスパン側からチップ側にかけての部分)に沿う排気ガスの流れを安定させることができる。 Here, the opposite side of the nozzle ring facing surface communicates with the turbine scroll flow path, and the outlet end of the extraction passage communicates with the downstream side of the axis of the second nozzle shaft of the variable nozzle. Therefore, during operation of the variable capacity supercharger, the pressure acting on the end face of the second nozzle shaft in each variable nozzle is made sufficiently smaller than the pressure acting on the end face of the first nozzle shaft, The variable nozzle is brought close to the facing surface side of the shroud ring by the pressure difference, and the side clearance between the side surface on the other axial side of each variable nozzle and the facing surface of the shroud ring can be minimized. As a result, the leakage flow from between the side surface on the other axial side of each variable nozzle and the facing surface of the shroud ring is suppressed, and the tip side portion of the turbine blade (portion from the midspan side to the tip side) The flow of exhaust gas along can be stabilized.
前記シュラウドリングの対向面の反対面に環状の前記蓋部材が複数の前記第2支持穴の開口部を塞ぐように設けられているため、前記シュラウドリングの複数の前記第2支持穴を有底状態にして、前記シュラウドリングの複数の前記第2支持穴の空間内に流入した排気ガスが前記シュラウドリングの対向面の反対側に流出することを阻止することができる。また、前記抽気通路の出口端が前記タービンインペラの出口よりも上流側に連通しているため、前記シュラウドリングの複数の前記第2支持穴の空間内に流入した排気ガスを前記タービンインペラ内(隣接する前記タービンブレード間)に流出させることができる。これにより、前記タービンインペラをバイパスする排気ガスの流れを極力低減して、前記タービンインペラの仕事量を十分に確保することができる。 Since the annular lid member is provided on the surface opposite to the opposing surface of the shroud ring so as to close the openings of the plurality of second support holes, the plurality of second support holes of the shroud ring have bottoms. In this state, the exhaust gas that has flowed into the spaces of the plurality of second support holes of the shroud ring can be prevented from flowing out to the opposite side of the opposed surface of the shroud ring. In addition, since the outlet end of the extraction passage communicates with the upstream side of the outlet of the turbine impeller, the exhaust gas that has flowed into the spaces of the plurality of second support holes of the shroud ring is introduced into the turbine impeller ( Between adjacent turbine blades). Thereby, the flow of the exhaust gas that bypasses the turbine impeller can be reduced as much as possible, and the work amount of the turbine impeller can be sufficiently secured.
本発明の第2の特徴は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する可変容量型過給機において、第1の特徴からなる可変ノズルユニットを具備したことを要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the variable capacity supercharger that supercharges the air supplied to the engine side using the energy of the exhaust gas from the engine, the variable nozzle unit having the first feature is provided. The main point is that
第2の特徴によると、第1の特徴による作用と同様の作用を奏する。 According to the 2nd characteristic, there exists an effect | action similar to the effect | action by a 1st characteristic.
本発明によれば、各可変ノズルの軸方向他方側の側面と前記シュラウドリングの対向面との間からの漏れ流れを抑えて、前記タービンブレードのチップ側部分に沿う排気ガスの流れを安定させると共に、前記タービンインペラをバイパスする排気ガスの流れを極力低減して、前記タービンインペラの仕事量を十分に確保できるため、前記可変容量型過給機のタービン効率を高いレベルまで向上させることができる。 According to the present invention, the flow of exhaust gas along the tip side portion of the turbine blade is stabilized by suppressing leakage flow from the side surface on the other axial side of each variable nozzle and the facing surface of the shroud ring. At the same time, the flow of exhaust gas that bypasses the turbine impeller can be reduced as much as possible, and the work amount of the turbine impeller can be sufficiently secured. Therefore, the turbine efficiency of the variable displacement supercharger can be improved to a high level. .
本発明の実施形態について図1から図6を参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「L」は、左方向、「R」は、右方向である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in the drawing, “L” is the left direction and “R” is the right direction.
(第1実施形態)
図4に示すように、本発明の実施形態に係る可変容量型過給機1は、エンジン(図示省略)からの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給(圧縮)するものである。そして、可変容量型過給機1の具体的な構成等は、以下のようになる。
(First embodiment)
As shown in FIG. 4, the variable displacement supercharger 1 according to the embodiment of the present invention supercharges (compresses) the air supplied to the engine using the energy of the exhaust gas from the engine (not shown). ) The specific configuration of the variable capacity supercharger 1 is as follows.
可変容量型過給機1は、ベアリングハウジング3を具備しており、ベアリングハウジング3内には、ラジアルベアリング5及び一対のスラストベアリング7が設けられている。また、複数のベアリング5,7には、左右方向へ延びたロータ軸(タービン軸)9が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング3には、ロータ軸9が複数のベアリング5,7を介して回転可能に設けられている。
The variable capacity supercharger 1 includes a bearing
ベアリングハウジング3の右側には、コンプレッサハウジング11が設けられており、このコンプレッサハウジング11内には、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサインペラ13がその軸心(換言すれば、ロータ軸9の軸心)C周りに回転可能に設けられている。また、コンプレッサインペラ13は、ロータ軸9の右端部に一体的に連結されたコンプレッサホイール15と、このコンプレッサホイール15の外周面に周方向に等間隔に設けられた複数のコンプレッサブレード17とを備えている。
A
コンプレッサハウジング11におけるコンプレッサインペラ13の入口側(コンプレッサハウジング11の右側部)には、空気を導入するための空気導入口19が形成されており、この空気導入口19は、空気を浄化するエアクリーナ(図示省略)に接続可能である。また、ベアリングハウジング3とコンプレッサハウジング11との間におけるコンプレッサインペラ13の出口側には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路21が形成されており、このディフューザ流路21は、空気導入口19に連通してある。更に、コンプレッサハウジング11の内部には、渦巻き状のコンプレッサスクロール流路23が形成されており、このコンプレッサスクロール流路23は、ディフューザ流路21に連通してある。そして、コンプレッサハウジング11の適宜位置には、圧縮された空気を排出するための空気排出口25が形成されており、この空気排出口25は、コンプレッサスクロール流路23に連通してあって、エンジンの吸気マニホールド(図示省略)に接続可能である。
An
図1及び図4に示すように、ベアリングハウジング3の左側には、タービンハウジング27が設けられており、このタービンハウジング27内には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力(回転トルク)を発生させるタービンインペラ29が軸心(タービンインペラ29の軸心、換言すれば、ロータ軸9の軸心)C周りに回転可能に設けられている。また、タービンインペラ29は、ロータ軸9の左端部に一体的に設けられたタービンホイール31と、このタービンホイール31の外周面に周方向に等間隔に設けられた複数のタービンブレード33とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 4, a
タービンハウジング27の適宜位置には、排気ガスを導入するためのガス導入口35が形成されており、このガス導入口35は、エンジンの排気マニホールド(図示省略)に接続可能である。また、タービンハウジング27の内部には、渦巻き状のタービンスクロール流路37が形成されており、このタービンスクロール流路37は、ガス導入口35に連通してある。そして、タービンハウジング27におけるタービンインペラ29の出口側(タービンハウジング27の左側部)には、排気ガスを排出するためのガス排出口39が形成されており、このガス排出口39は、タービンスクロール流路37に連通してあって、排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置(図示省略)に接続可能である。更に、タービンハウジング27内におけるガス排出口39の入口側には、環状の段部41が形成されている。
A
なお、ベアリングハウジング3の左側面には、タービンインペラ29側からの熱を遮蔽する環状の遮熱板43が設けられており、ベアリングハウジング3の左側面と遮熱板43の外縁部との間には、波ワッシャ45が設けられている。
An annular
タービンハウジング27内におけるタービンスクロール流路37とガス排出口39との間には、タービンインペラ29側へ供給される排気ガスの流路面積(流量)を可変とする可変ノズルユニット47がタービンインペラ29を囲むように配設されおり、この可変ノズルユニット47の具体的な構成は、次のようになる。
Between the
図1に示すように、タービンハウジング27内には、ノズルリング49が取付リング51を介してタービンインペラ29と同心状に配設されており、このノズルリング49の内周縁部は、波ワッシャ45の付勢力によって遮熱板43の外周縁部に圧接した状態で嵌合してある。また、ノズルリング49には、複数(1つのみ図示)の第1支持穴53が円周方向に等間隔に貫通形成されている。なお、取付リング51の外周縁部は、ベアリングハウジング3とタービンハウジング27によって挟持されている。
As shown in FIG. 1, a
ノズルリング49に対して左右方向(タービンインペラ29の軸方向)に離隔対向した位置には、シュラウドリング55が複数の連結ピン57を介してノズルリング49と一体的かつタービンインペラ29と同心状に設けられている。また、シュラウドリング55には、複数の第2支持穴59がノズルリング49の複数の第1支持穴53に整合するように円周方向に等間隔に形成されている(図3参照)。更に、シュラウドリング55は、内周縁側に、複数のタービンブレード33の外縁を覆う筒状のシュラウド部61を有しており、シュラウドリング55のシュラウド部61は、ガス排出口39側(下流側)へ突出してあってかつタービンハウジング27の段部41の内側に位置している。なお、複数の連結ピン57は、ノズルリング49の対向面とシュラウドリング55の対向面との間隔を設定する機能を有している。
A
図1及び図2に示すように、ノズルリング49の対向面とシュラウドリング55の対向面との間には、複数の可変ノズル63が円周方向に等間隔に配設されており、各可変ノズル63は、タービンインペラ29の軸心Cに平行な軸心周りに正逆方向(開閉方向)へ回動可能である。また、各可変ノズル63の右側面(タービンインペラ29の軸方向一方側の側面)には、ノズルリング49の対応する第1支持穴53に回動可能に支持される第1ノズル軸65が一体形成されており、各可変ノズル63は、第1ノズル軸65の基端側に、ノズルリング49の対向面に接触可能な第1ノズル鍔部67を有している。更に、各可変ノズル63の左側面(タービンインペラ29の軸方向他方側の側面)には、シュラウドリング55の対応する第2支持穴59に支持される第2ノズル軸69が第1ノズル軸65と同軸状に一体形成されており、各可変ノズル63は、第2ノズル軸69の基端側に、シュラウドリング55の対向面に接触可能な第2ノズル鍔部71を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of
図1に示すように、ノズルリング49の対向面の反対側に形成した環状のリンク室73内には、複数の可変ノズル63を正逆方向(開閉方向)へ同期して回動させるためのリンク機構(同期機構)75が配設されており、このリンク機構75は、複数の可変ノズル63の第1ノズル軸65に連動連結してある。また、リンク機構75は、特開2009−243431号公報及び特開2009−243300号公報等に示す公知の構成からなるものであって、複数の可変ノズル63を開閉方向へ回動させるモータ又はシリンダ等の回動アクチュエータ(図示省略)に動力伝達機構77を介して接続されている。
As shown in FIG. 1, in a ring-shaped
続いて、本発明の第1実施形態に係る可変ノズルユニット47の構成の要部について説明する。
Next, the main part of the configuration of the
図1から図3に示すように、取付リング51には、複数(1つのみ図示)の通孔79が形成されており、ノズルリング49の対向面の反対面側は、取付リング51の複数の通孔79を介してタービンスクロール流路37に連通している。また、シュラウドリング55の対向面の反対面側は、タービンスクロール流路37に連通してあって、シュラウドリング55のシュラウド部61の外周面には、リング溝(周溝)81が形成されている。更に、タービンハウジング27の段部41の内周面には、タービンスクロール流路37側からの排気ガスの漏れを抑える複数のシールリング83が自己の弾性力(複数のシールリング83の弾性力)によって圧接して設けられており、各シールリング83の内周縁部は、シュラウドリング55のリング溝81に嵌入してある。
As shown in FIGS. 1 to 3, a plurality (only one is shown) of through
シュラウドリング55の対向面の反対面には、環状の取付溝85が形成されており、シュラウドリング55の取付溝85の底面(奥面)には、複数の第2支持穴59を連通させるための連通路としての環状の連通溝87が形成されている。また、シュラウドリング55の取付溝85内には、環状の蓋部材89が複数の第2支持穴59の開口部及び連通溝87の開口部を塞ぐ(覆う)ように設けられており、この蓋部材89は、可変容量型過給機1の運転中にシュラウドリング55の対向面の反対面側に働く圧力によってシュラウドリング55の取付溝85の底面に押付けられるようになっている。なお、蓋部材89がシュラウドリング55の取付溝85の底面に押付けられるようにする代わりに、蓋部材89がシュラウドリング55の取付溝85内にレーザ溶接等によって固定されても構わない。
An annular mounting
シュラウドリング55には、複数の第2支持穴59の空間から排気ガスを抽気(排出)するための抽気通路(排出通路)91が形成されている。また、抽気通路91の入口端(始端)は、連通溝87内、換言すれば、複数の第2支持穴59の空間内に連通してあって、抽気通路91の出口端(終端)は、タービンインペラ29の入口側に連通している。なお、本発明の第1実施形態にあっては、抽気通路91の個数は1つであるが、複数であっても構わない。
The
続いて、本発明の第1実施形態の作用及び効果について説明する。 Then, the effect | action and effect of 1st Embodiment of this invention are demonstrated.
ガス導入口35から導入した排気ガスがタービンスクロール流路37を経由してタービンインペラ29の入口側から出口側へ流通することにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力(回転トルク)を発生させて、ロータ軸9及びコンプレッサインペラ13をタービンインペラ29と一体的に回転させることができる。これにより、空気導入口19から導入した空気を圧縮して、ディフューザ流路21及びコンプレッサスクロール流路23を経由して空気排出口25から排出することができ、エンジンに供給される空気を過給(圧縮)することができる。
Exhaust gas introduced from the
可変容量型過給機1の運転中、エンジン回転数が高回転域にあって、排気ガスの流量が多い場合には、回動アクチュエータによってリンク機構75を作動させつつ、複数の可変ノズル63を正方向(開方向)へ同期して回動させることにより、タービンインペラ29側へ供給される排気ガスのガス流路面積(可変ノズル63のスロート面積)を大きくして、多くの排気ガスを供給する。一方、エンジン回転数が低回転域にあって、排気ガスの流量が少ない場合には、回動アクチュエータによってリンク機構75を作動させつつ、複数の可変ノズル63を逆方向(閉方向)へ同期して回動させることにより、タービンインペラ29側へ供給される排気ガスのガス流路面積を小さくして、排気ガスの流速を高めて、タービンインペラ29の仕事量を十分に確保する。これにより、排気ガスの流量の多少に関係なく、タービンインペラ29によって回転力を十分かつ安定的に発生させることができる。
During operation of the variable displacement supercharger 1, when the engine speed is in the high rotation range and the flow rate of exhaust gas is large, the
ここで、ノズルリング49の対向面の反対面側がタービンスクロール流路37に連通してあって、抽気通路91の出口端がタービンインペラ29の入口側に連通しているため、可変容量型過給機1の運転中、各可変ノズル63における第2ノズル軸69の端面に働く圧力を第1ノズル軸65の端面に働く圧力よりも十分に小さくして、各可変ノズル63をその圧力差によってシュラウドリング55の対向面側に寄せて、各可変ノズル63の左側面とシュラウドリング55の対向面と間のサイドクリアランスを極力小さくすることができる。これにより、各可変ノズル63の左側面とシュラウドリング55の対向面との間からの漏れ流れを抑えて、タービンブレード33のチップ側部分(ミッドスパン側からチップ側にかけての部分)に沿う排気ガスの流れを安定させることができる。
Here, since the opposite surface side of the opposed surface of the
シュラウドリング55の対向面の反対面に環状の蓋部材89が複数の第2支持穴59の開口部を塞ぐように設けられているため、シュラウドリング55の複数の第2支持穴59を有底状態にして、シュラウドリング55の複数の第2支持穴59の空間内に流入した排気ガスがシュラウドリング55の対向面の反対側に流出することを阻止することができる。また、抽気通路91の出口端がタービンインペラ29の入口側に連通しているため、シュラウドリング55の複数の第2支持穴59の空間内に流入した排気ガスをタービンインペラ29内(隣接するタービンブレード33間)に流出させることができる。これにより、タービンインペラ29をバイパスする排気ガスの流れを極力低減して、タービンインペラ29の仕事量を十分に確保することができる。
Since the
従って、本発明の第1実施形態によれば、各可変ノズル63の左側面とシュラウドリング55の対向面との間からの漏れ流れを抑えて、タービンブレード33のチップ側部分に沿う排気ガスの流れを安定させると共に、タービンインペラ29をバイパスする排気ガスの流れを極力低減して、タービンインペラ29の仕事量を十分に確保できるため、可変容量型過給機1のタービン効率を高いレベルまで向上させることができる。
Therefore, according to the first embodiment of the present invention, the leakage flow from between the left side surface of each
(第2実施形態)
図5に示すように、本発明の第2実施形態にあっては、可変容量型過給機1(図3参照)に可変ノズルユニット47(図2参照)に代えて、可変ノズルユニット93を用いている。また、本発明の第2実施形態に係る可変ノズルユニット93は、可変ノズルユニット47と同様の構成を有しており、可変ノズルユニット93の構成のうち、可変ノズルユニット47と異なる部分についてのみ説明する。なお、可変ノズルユニット93における複数の構成要素のうち、可変ノズルユニット47における構成要素と対応するものについては、図面中に同一番号を付してある。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 5, in the second embodiment of the present invention, the variable capacity supercharger 1 (see FIG. 3) is replaced by a
抽気通路91の出口端は、タービンインペラ29の入口よりも下流側でかつタービンインペラ29の出口よりも上流側に連通するようにしてある。なお、本発明の第2実施形態にあっては、抽気通路91の個数は1つであるが、複数であっても構わない。
The outlet end of the
そして、本発明の第2実施形態においても、本発明の第1実施形態と同様の作用及び効果を奏するものである。 And also in 2nd Embodiment of this invention, there exists an effect | action and effect similar to 1st Embodiment of this invention.
(第3実施形態)
図6に示すように、本発明の第3実施形態にあっては、可変容量型過給機1(図3参照)に可変ノズルユニット47(図2参照)に代えて、可変ノズルユニット95を用いている。また、本発明の第3実施形態に係る可変ノズルユニット95は、可変ノズルユニット47と同様の構成を有しており、可変ノズルユニット95の構成のうち、可変ノズルユニット47と異なる部分についてのみ説明する。なお、可変ノズルユニット95における複数の構成要素のうち、可変ノズルユニット47における構成要素と対応するものについては、図面中に同一番号を付してある。
(Third embodiment)
As shown in FIG. 6, in the third embodiment of the present invention, a
シュラウドリング55から連通溝87が省略されおり、シュラウドリング55の取付溝85内には、環状の蓋部材89が複数の第2支持穴59の開口部を塞ぐように設けられている。また、シュラウドリング55には、抽気通路91(図2参照)の代わりに複数の抽気通路97が形成されている。更に、各抽気通路97の入口端は、対応する第2支持穴59の空間内に連通してあって、各抽気通路97の出口端は、タービンインペラ29の入口側に連通している。なお、各抽気通路97の出口端がタービンインペラ29の入口側に連通する代わりに、タービンインペラ29の入口よりも下流側でかつタービンインペラ29の出口よりも上流側に連通するようにしても構わない。
The
そして、本発明の第3実施形態においても、本発明の第1実施形態と同様の作用及び効果を奏するものである。 In the third embodiment of the present invention, the same operations and effects as in the first embodiment of the present invention are achieved.
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。 In addition, this invention is not restricted to description of the above-mentioned embodiment, It can implement in a various aspect. Further, the scope of rights encompassed by the present invention is not limited to these embodiments.
1 可変容量型過給機
3 ベアリングハウジング
9 ロータ軸
11 コンプレッサハウジング
13 コンプレッサインペラ
27 タービンハウジング
29 タービンインペラ
33 タービンブレード
37 タービンスクロール流路
39 ガス排出口
41 段部
47 可変ノズルユニット
49 ノズルリング
53 第1支持穴
55 シュラウドリング
59 第2支持穴
61 シュラウド部
63 可変ノズル
65 第1ノズル軸
69 第2ノズル軸
73 リンク室
75 リンク機構
79 通孔
81 リング溝
83 シールリング
85 取付溝
87 連通溝
89 蓋部材
91 抽気通路
93 可変ノズルユニット
95 可変ノズルユニット
97 抽気通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Variable
Claims (4)
前記タービンハウジング内に配設され、複数の第1支持穴が円周方向に等間隔に貫通形成されたノズルリングと、
前記ノズルリングに対して離隔対向した位置に前記ノズルリングと一体的に設けられ、複数の第2支持穴が前記ノズルリングの複数の前記第1支持穴に整合するように円周方向に等間隔に貫通形成され、前記タービンインペラにおける複数のタービンブレードの外縁を覆うシュラウドリングと、
前記ノズルリングの対向面と前記シュラウドリングの対向面との間に円周方向に等間隔に配設され、前記タービンインペラの軸心に平行な軸心回りに正逆方向へ回動可能であって、軸方向一方側の側面に前記ノズルリングの対応する前記第1支持穴に貫通支持される第1ノズル軸が一体形成され、軸方向他方側の側面に前記シュラウドリングの対応する前記第2支持穴に支持される第2ノズル軸が前記第1ノズル軸と同軸状に一体形成された複数の可変ノズルと、
前記ノズルリングの対向面の反対面側に配設され、複数の前記可変ノズルの前記第1ノズル軸に連動連結してあって、複数の前記可変ノズルを同期して正逆方向へ回動させるためのリンク機構と、を具備し、
前記ノズルリングの対向面の反対面側が前記タービンスクロール流路に連通してあって、前記シュラウドリングの対向面の反対面に環状の蓋部材が複数の前記第2支持穴の開口部を塞ぐように設けられ、前記シュラウドリングに複数の前記第2支持穴の空間から排気ガスを抽気するための抽気通路が形成され、前記抽気通路の出口端が前記可変ノズルの前記第2ノズル軸の軸心よりも下流側でかつ前記タービンインペラの出口よりも上流側に連通していることを特徴とする可変ノズルユニット。 A variable capacity turbocharger is disposed between a turbine scroll flow path and a gas discharge port in a turbine housing of the variable capacity turbocharger so as to surround the turbine impeller, and the flow area of the exhaust gas supplied to the turbine impeller side is variable. In the variable nozzle unit
A nozzle ring disposed in the turbine housing and having a plurality of first support holes formed at equal intervals in the circumferential direction;
The nozzle ring is provided integrally with the nozzle ring at a position opposed to the nozzle ring, and the plurality of second support holes are equally spaced in the circumferential direction so as to align with the plurality of first support holes of the nozzle ring. A shroud ring that is formed through and covers outer edges of a plurality of turbine blades in the turbine impeller;
Between the opposed surface of the nozzle ring and the opposed surface of the shroud ring, it is arranged at equal intervals in the circumferential direction, and can be rotated in the forward and reverse directions around an axis parallel to the axis of the turbine impeller. Thus, a first nozzle shaft penetrating and supported in the first support hole corresponding to the nozzle ring is integrally formed on the side surface on one side in the axial direction, and the second side corresponding to the shroud ring on the other side surface in the axial direction. A plurality of variable nozzles in which a second nozzle shaft supported by a support hole is integrally formed coaxially with the first nozzle shaft;
The nozzle ring is disposed on the opposite side of the facing surface of the nozzle ring and is linked to the first nozzle shaft of the plurality of variable nozzles to rotate the plurality of variable nozzles in the forward and reverse directions synchronously. A link mechanism for
The opposite surface side of the opposed surface of the nozzle ring communicates with the turbine scroll flow path, and an annular lid member covers the openings of the second support holes on the opposite surface of the opposed surface of the shroud ring. An extraction passage for extracting the exhaust gas from a plurality of spaces of the second support holes is formed in the shroud ring, and an outlet end of the extraction passage is an axis of the second nozzle shaft of the variable nozzle A variable nozzle unit that is in communication with the downstream side of the turbine impeller and the upstream side of the outlet of the turbine impeller.
請求項1から請求項3のうちのいずれかの請求項に記載の可変ノズルユニットを具備したことを特徴とする可変容量型過給機。 In the variable capacity supercharger that uses the energy of the exhaust gas from the engine to supercharge the air supplied to the engine side,
A variable displacement supercharger comprising the variable nozzle unit according to any one of claims 1 to 3.
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